CN110642675B - 一种煤制甲醇节能工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤制甲醇节能工艺。所述的工艺方案包括煤气化、变换、低温甲醇洗、甲醇合成、甲醇精馏等工艺过程。利用热水循环系统连接甲醇精馏单元、溴化锂制冷机组、变换单元，以冷冻水连接溴化锂制冷机组与低温甲醇洗单元，分别形成热水系统的大循环与冷冻水系统的小循环。连接方式为：高温热水自热水缓冲罐底部进入热水循环泵入口，经加压后进入甲醇精馏预塔热水再沸器，出再沸器热水进入溴化锂制冷机组，出溴化锂机组后，热水进入变换单元热水加热器，经热水加热器加热后热水回热水缓冲罐，形成闭路循环；溴化锂制冷机组所产冷冻水进入低温甲醇洗单元，与工艺物料换热后温度升高，冷冻水回水返回溴化锂制冷机组降温，形成闭路循环。

Description

一种煤制甲醇节能工艺
技术领域
本发明涉及一种煤制甲醇节能工艺。
背景技术
目前国内甲醇生产，以煤气化制甲醇为主，煤制甲醇约占甲醇总产能的70％左右。煤制甲醇工艺存在能耗高，用水量大，碳排放强度大等特点。国内甲醇产能不断扩大，下游用户增长需求较慢，甲醇产业竞争压力大。煤制甲醇生产装置日益趋向大型化，通过扩大生产规模，降低甲醇产品成本，同时大力开发节能新工艺，将节能新技术不断的集成于煤制甲醇生产过程中，以提高甲醇生产过程中整体过程能效，降低甲醇生产单耗，提高装置竞争力。
在煤制甲醇生产过程中，煤气化和变换单元系统温度高达400℃以上，最终需要降温到40℃左右送入低温甲醇洗单元，此过程释放大量低品位余热，目前普遍是回收热量产不同等级蒸汽，副产蒸汽后由于温度普遍在150-170℃左右，难以利用，很多企业采用空冷、水冷，未能结合整个工艺过程进行低温热量有效利用。
低温甲醇洗单元，CO2、H2S气体在甲醇溶液中吸收与解析，该工艺过程物流温度范围-56～115℃，需要将变换气冷却，主要的冷却公用工程配置为冷冻水、-18℃冷剂、-40℃冷剂，此过程不产生余热，只消耗冷量。
对煤制甲醇的研究，目前主要集中在优化工艺技术路线来提高煤制甲醇系统效率。对于煤制甲醇整体过程中系统余热存在量大，及对低温余热利用技术和碳减排技术尚缺乏深入的研究，本专利发明将低温余热利用与工艺过程集成起来，达到了降低能耗的目的。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种煤制甲醇节能工艺，围绕煤制甲醇工艺过程中的低温余热利用开展设计，将低温余热利用与工艺过程集成起来，达到了降低能耗的目的。
为实现以上发明目的，本发明的技术方案如下：
一种煤制甲醇节能工艺，该工艺以煤为原料，煤经煤气化单元产粗煤气，粗煤气进入变换单元经过初步气液分离后分为变换气和未变换气两路，并分别冷却至40℃左右(40～45℃)进入低温甲醇洗单元，变换气经低温甲醇洗单元，降温去除酸性气体，调节H2/CO2比例，作为合成气送往甲醇合成单元产粗甲醇，粗甲醇经甲醇精馏单元后产精甲醇作为产品送往界区外；利用热水循环系统连接甲醇精馏单元、溴化锂制冷机组、变换单元，以冷冻水连接溴化锂制冷机组与低温甲醇洗单元，分别形成热水系统的大循环与冷冻水系统的小循环，连接方式为：高温热水自热水缓冲罐底部进入热水循环泵入口，经加压后进入甲醇精馏预塔热水再沸器，出再沸器热水进入溴化锂制冷机组，出溴化锂机组后，热水进入变换单元热水加热器，经热水加热器加热后热水回热水缓冲罐，形成闭路循环；溴化锂制冷机组所产冷冻水进入低温甲醇洗单元，与工艺物料换热后温度升高，冷冻水回水返回溴化锂制冷机组降温，形成闭路循环。
本发明通过系统热集成，引入吸收式制冷机组(即溴化锂制冷机组)，优化冷量配置，使用热水作为媒介，将变换气低温余热直接供给甲醇精馏工艺过程中使用，减少了甲醇精馏蒸汽单耗；同时将出甲醇精馏单元热水热量再次利用，用于溴化锂机组制冷，产生冷量供给低温甲醇洗单元。溴化锂制冷机组设计在此处，一方面可以为低温甲醇洗提供冷量，另一方面降低了热水回变换单元的的温度，该温度越低，则热水循环系统从变换单元回收的热量越多，变换气出热水换热器的温度越低，之后消耗的冷却循环水量越少。
本发明中，来自热水缓冲罐的高温热水经热水循环泵加压后送往甲醇精馏单元，高温热水作为甲醇精馏预塔的再沸器热源使用；高温热水经甲醇精馏预塔再沸器加热气化粗甲醇后温度降低，降温后的热水进入溴化锂制冷机组，作为溴化锂制冷机组热源，溴化锂制冷机组以初步降温后的高温热水为热源，产冷冻水为低温甲醇洗单元提供冷量；热水经溴化锂制冷机组后进一步降温，然后进入变换单元，在变换单元低温热水与变换气和未变换气换热回收低温热量，变换气和未变换气温度降低进入水冷器进一步降温，低温热水被加热成高温热水后进入热水缓冲罐，构成热水系统的闭路循环。
本发明中，所述的变换气线路为：变换气先进入第一变换炉，出第一变换炉变换气进入1#高压蒸汽发生器，变换气进入第二变换炉，进行第二次变换后变换气依次进入1#中压蒸汽发生器，进入1#低压蒸汽发生器，所产生蒸汽送入相应管网，出口变换气经过1#分离罐分离冷凝液，经分离后气相进入1#热水加热器、再进入水冷器降温至约40℃送入低温甲醇洗；未变换气依次进入2#高压蒸汽发生器、2#中压蒸汽发生器、2#低压蒸汽发生器，所产生蒸汽送入相应管网，然后经过2#分离罐分离冷凝液，经分离后气相进入2#热水换热器、再进入水冷器降温至约40℃送入低温甲醇洗单元。1#和2#热水换热器增加跨线连接工艺气进出口。
本发明将变换单元依据能量分级利用原则，温位从高到低分级回收变换气余热，用于发生不同等级蒸汽，并在低压蒸汽发生器后增加循环热水换热器，充分回收变换气200℃以下余热，并将余热转化成工艺过程热量或冷量需求。
本发明中增加了吸收制冷系统即溴化锂制冷机组，利用变换气余热，产生低温甲醇洗单元工艺过程中需要的冷量。优选使用溴化锂制冷机组，利用甲醇精馏单元剩余的低温热水热量，产生5℃冷冻水，供低温甲醇洗单元冷却20℃以上物流，可选择冷却的物流为：合成气预冷、甲醇溶液再生、替代循环水等，但制冷所得冷量不仅限于以上用法。所述的工艺中，冷冻水为上述物流供冷量，在不改变原有流程中低温甲醇洗单元的冷箱的基础上，在上述物流进入低温甲醇洗单元的冷箱之前分别增加冷冻水换热器，降低相应温度段的冷剂消耗。
本发明中，利用变换单元产出的高温热水，为甲醇精馏预塔供热，降低甲醇精馏预塔所需的蒸汽热负荷。所述的甲醇精馏预塔需要根据塔底水含量调整预塔的操作压力，使预塔操作时塔釜温度满足再沸器冷热物流平均温差＞15℃以上，在不需增加塔釜物料循环泵的条件下，以保证再沸器能提供足够的推动力。本发明中，优选再沸器温度设计在70-85℃之间，再沸器采用卧式布置。甲醇精馏预塔再沸器设计循环热水再沸器和蒸汽再沸器各一台，于塔釜的两侧并联对称布置，精馏预塔所需热源主要由循环热水提供，不足部分由蒸汽热量作为补充。再沸器热源分别使用变换所产热水和低压蒸汽，低压蒸汽设计满足精馏预塔100％负荷。热水循环系统正常运行，甲醇精馏预塔塔釜温度控制热水进口流量与蒸汽流量，以热水换热器做为主再沸器，蒸汽再沸器为辅。低温甲醇洗单元增加溴化锂制冷机组，再次利用热水所携热量，作为溴化锂制冷机组热源，产冷冻水，在合成气进冷箱前增加换热器预冷合成气，降低冷箱所需冷剂。
本发明中，所述的热水循环系统包括变换单元热水换热器、热水缓冲罐、热水循环泵、甲醇精馏预塔热水再沸器、溴化锂制冷机组等设备；本发明在变换单元，低压蒸汽发生器之后增加热水换热器，设计上热水换热器变换气侧增加旁路，热水换热器之后水冷器设计值留出足够余量，以保证热水系统运行异常情况下变换气可以继续通过后续循环水冷却器降温，不影响变换单元正常运行。
本发明中，所述的热水缓冲罐使用氮气作为背压，该设计目的在于提高热水泵入口压力，降低泵的循环功耗，另一方面在于提高系统压力，防止高温热水在缓冲罐中出现气化，或循环泵入口处出现气缚。所述的热水缓冲罐设置放空线，以防止热水换热器发生泄漏，变换气窜入热水循环系统，造成系统超压。热水缓冲罐不仅可以设置在变换单元之后，也可以设置在甲醇精馏预塔之后或者溴化锂制冷机组之后任意一条热水线之上；所述的热水循环系统设计压力在4-8bar之间循环，为进一步安全考虑，该系统的管线设计工作温度均需高于变换气最高温度，设计工作压力均需在高于变换气最高温度相对应的热水饱和蒸汽压力，以此来保证在热水低流量循环时整个系统处于不超温、不超压的安全状态。优选地，所述的热水缓冲罐设置压力控制器，氮气经过控制阀后连接热水缓冲罐顶部以控制热水系统压力。
本发明的积极效果：本发明通过系统热集成，引入吸收式制冷机组，优化冷量配置等方案，提出了一种节能型煤制甲醇工艺流程设计方案，将煤气化、变换、低温甲醇洗、甲醇合成与甲醇精馏多个单元进行能量系统集成，利用温位在80～150℃变换气余热，以热水为媒介，将此部分热量集成到甲醇精馏单元使用，通过溴化锂机组，将热量进一步利用制冷，产生冷量供给低温甲醇洗单元。该方案可以大幅度降低变换单元冷却水耗、甲醇精馏蒸汽单耗，以及低温甲醇洗制冷机组功耗。
附图说明
图1一种煤制甲醇节能工艺框图。
图2是煤制甲醇节能工艺方案中变换单元流程简图。
图3是本发明中甲醇精馏预塔设计流程图。
具体实施方式
下面集合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例
一种煤制甲醇节能工艺，包含以下工艺过程，(1)如图1和2所示，以煤作为原料，经气化炉产粗煤气30*104Nm3/h，气化单元的粗煤气首先进入变换系统的气液分离器，分离冷凝液后分为两路：变换气16*104Nm3/h和未变换气14*104Nm3/h。变换气线路为：变换气进入第一变换炉，出第一变换炉变换气温度为417℃，然后进入1#高压蒸汽发生器加热锅炉水产生高压蒸汽送管网。出1#高压蒸汽发生器的变换气进入第二变换炉，二次变换后进入1#中压蒸汽发生器，加热锅炉给水产生中压蒸汽送入管网，出1#中压蒸汽发生器的变换气进入1#低压蒸汽发生器加热锅炉给水产生低压蒸汽送入管网。出1#低压蒸汽发生器后，变换气温度为175℃，进入1#分离罐分离凝液，变换气进入1#热水换热器，将循环热水从70℃加热至135℃，变换气由175℃冷却至90℃，出热水换热器后变换气进入循环水冷却器降温至约40℃，再经洗氨后送入低温甲醇洗单元。未变换气依次进入2#高压蒸汽发生器、2#中压蒸汽发生器、2#低压蒸汽发生器，出2#低压蒸汽发生器后，未变换气温度为175℃，进入2#分离罐分离凝液，未变换气进入2#热水换热器，循环热水从70℃升温至135℃，未变换气由175℃冷却至90℃，出热水换热器后未变换气进入循环水冷却器降温至约40℃，再经洗氨后送入低温甲醇洗单元。
(2)热水循环系统如图1所示，循环热水0.4Mpag，流量500t/h，温度70℃，来自溴化锂制冷机组蒸发器出口，经变换单元在热水换热器中被变换气加热，温度由70℃升高至130℃，热水进入热水缓冲罐，经缓冲罐底部热水循环泵加压至0.8Mpag后送入甲醇精馏单元做甲醇预塔再沸器热源使用，热水出甲醇精馏预塔再沸器后，温度为100℃，进入溴化锂制冷机组作为驱动热源。溴化锂制冷机组产7℃冷冻水1200t/h，送低温甲醇洗单元，冷冻水温度升高至15℃后返回溴化锂制冷机组再次被冷却。热水热量经溴化锂制冷机组再次利用，可以为低温甲醇洗单元提供7-15℃冷量约10MW，该部分冷量用于变换气预冷、甲醇再生液降温等。循环热水出溴化锂制冷机组温度为70℃，之后进入变换单元热水加热器，温度升高至130℃进入热水缓冲罐，形成热水系统闭路循环。
(3)甲醇精馏单元设计甲醇产能为60万吨/年，采用四塔精馏工艺，来自甲醇合成单元的粗甲醇，依次进入甲醇精馏预塔、加压塔、常压塔、汽提塔，分别在四塔塔顶采出一定量的甲醇产品。高温热水在甲醇精馏单元流程如图3所示，甲醇精馏预塔设计操作压力50Kpag，塔釜温度80℃，塔釜设置两台再沸器，一台为热水再沸器，热水进再沸器温度为130℃，出再沸器温度为100℃，为预塔提供18.5MW热量，另一台为低压蒸汽再沸器，使用S4蒸汽作为热源，塔釜温度控制采用双程控制，0-50％开热水再沸器热水入口流量调节阀，50-100％开蒸汽再沸器蒸汽流量调节阀，正常工况热水满足精馏预塔100％热量需求，蒸汽再沸器处于微开备用状态。
(4)以上述年产甲醇60万吨生产装置为例，使用该流程，将变换气由175℃冷却至90℃，循环热水系统取热36.7MW，产热水500t/h，可以降低变换单元循环水消耗3400t/h。循环热水供甲醇精馏预塔再沸器使用，进口温度为130℃，出再沸器温度为100℃，为甲醇精馏预塔提供18.5MW热量，降低S4蒸汽消耗约32t/h，按照装置各公用工程成本核算，年效益约2800万。

Claims (9)

1.一种煤制甲醇节能工艺，其特征在于：该工艺以煤为原料，煤经煤气化单元产粗煤气，粗煤气进入变换单元经过初步气液分离后分为变换气和未变换气两路，并分别冷却至40～45℃进入低温甲醇洗单元，变换气经低温甲醇洗单元，降温去除酸性气体，调节H2/CO2比例，作为合成气送往甲醇合成单元产粗甲醇，粗甲醇经甲醇精馏单元后产精甲醇作为产品送往界区外；利用热水循环系统连接甲醇精馏单元、溴化锂制冷机组、变换单元，以冷冻水连接溴化锂制冷机组与低温甲醇洗单元，分别形成热水系统的大循环与冷冻水系统的小循环，连接方式为：高温热水自热水缓冲罐底部进入热水循环泵入口，经加压后进入甲醇精馏预塔热水再沸器，出再沸器热水进入溴化锂制冷机组，出溴化锂机组后，热水进入变换单元热水加热器，热水在变换单元低温热水与变换气和未变换气换热回收低温热量，经热水加热器加热后热水回热水缓冲罐，形成闭路循环；溴化锂制冷机组所产冷冻水进入低温甲醇洗单元，与工艺物料换热后温度升高，冷冻水回水返回溴化锂制冷机组降温，形成闭路循环。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：来自热水缓冲罐的高温热水经热水循环泵加压后送往甲醇精馏，高温热水作为甲醇精馏预塔的再沸器热源使用；高温热水经甲醇精馏预塔再沸器加热气化粗甲醇后温度降低，降温后的热水进入溴化锂制冷机组，作为溴化锂制冷剂组热源，溴化锂制冷机组以初步降温后的高温热水为热源，产冷冻水为低温甲醇洗单元提供冷量；热水经溴化锂制冷机组后进一步降温，然后进入变换单元，在变换单元低温热水与变换气和未变换气换热回收低温热量，变换气和未变换气温度降低进入水冷器进一步降温，低温热水被加热成高温热水后进入热水缓冲罐，构成热水系统的闭路循环。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于：所述的粗煤气首先进入变换单元的气液分离器，分离冷凝液后分为两路：变换气和未变换气；变换气经过第一变换炉进入1＃高压蒸汽发生器再进入第二变换炉，然后依次经过1＃中压蒸汽发生器、1＃低压蒸汽发生器，所产生蒸汽送入相应管网，出口变换气经过1＃分离罐分离冷凝液，经分离后气相进入1＃热水换热器、再进入水冷器降温至40℃送入低温甲醇洗单元；未变换气依次进入2#高压蒸汽发生器、2#中压蒸汽发生器、2#低压蒸汽发生器，所产生蒸汽送入相应管网，然后经过2＃分离罐分离冷凝液，经分离后气相进入2＃热水换热器、再进入水冷器降温至40℃送入低温甲醇洗单元。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的工艺，其特征在于：所述的热水缓冲罐设置压力控制器，氮气经过控制阀后连接热水缓冲罐顶部以控制热水系统压力。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的工艺，其特征在于：增加了溴化锂制冷机组，利用变换气余热，产生低温甲醇洗单元工艺过程中需要的冷量；所述的溴化锂制冷机组，利用甲醇精馏单元剩余的低温热水热量，产生5℃冷冻水，供低温甲醇洗单元冷却20℃以上物流，选择冷却的物流为：合成气预冷、甲醇溶液再生或替代循环水；所述的流程中，冷冻水为上述物流供冷量，在不改变原有流程中低温甲醇洗单元的冷箱的基础上，在上述物流进入低温甲醇洗单元的冷箱之前分别增加冷冻水换热器，降低相应温度段的冷剂消耗。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的工艺，其特征在于：所述的甲醇精馏预塔需要根据塔底水含量预设预塔的操作压力，使预塔操作时塔釜温度满足再沸器冷热物流平均温差＞15℃，在不需增加塔釜物料循环泵的条件下，以保证再沸器能提供足够的推动力；再沸器温度设计在70-85℃之间，再沸器采用卧式布置；精馏预塔再沸器设计循环热水再沸器和蒸汽再沸器各一台，于塔釜的两侧对称布置，精馏预塔所需热源主要由循环热水提供，不足部分由蒸汽热量作为补充。
7.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于：所述的变换单元热水换热器，在变换气工艺侧设置旁路，以保证热水系统运行异常情况下变换气可以继续通过后续循环水冷却器降温，不影响变换单元正常运行。
8.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于：所述的热水缓冲罐使用氮气作为背压，所述的热水缓冲罐设置在变换单元之后，或设置在甲醇精馏预塔之后或者溴化锂制冷机组之后任意一条热水线之上。
9.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于：所述的热水循环系统设计压力在4-8bar之间循环，该系统的管线设计工作温度均需高于变换气最高温度，设计工作压力均需在高于变换气最高温度相对应的热水饱和蒸汽压力。
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